面试题：Rust内部可变性之Cell类型原理

Question

请解释Rust中Cell类型是如何实现内部可变性的，它与普通的不可变变量有什么区别？在什么场景下会优先选择使用Cell类型？

Answer 1

1. Cell类型实现内部可变性的原理

Rust 通过 Cell 类型实现内部可变性，主要依赖于其提供的 set 和 get 方法。Cell 类型允许我们在不改变变量本身可变性的情况下，修改其内部的值。这是因为 Cell 类型使用了 UnsafeCell 作为其内部实现，UnsafeCell 绕过了 Rust 常规的借用检查机制。Cell 类型提供了安全的接口来操作 UnsafeCell 中的值，例如 set 方法用于修改值，get 方法用于获取值。

2. 与普通不可变变量的区别

• 普通不可变变量：一旦绑定，其值就不能被修改。例如 let x = 5;，之后不能直接改变 x 的值。如果尝试 x = 6;，会得到编译错误，因为不可变变量不允许重新赋值。
• Cell类型：虽然变量本身是不可变的，但通过 Cell 的 set 方法可以修改其内部的值。例如：

use std::cell::Cell;
let c = Cell::new(5);
c.set(6);
let value = c.get();

这里 c 本身是不可变的，但可以通过 Cell 方法改变其内部的值。

3. 优先选择使用Cell类型的场景

• 当需要在不可变数据结构中包含可变数据时：比如在一个不可变的结构体中，某个字段需要可变，就可以使用 Cell。例如：

use std::cell::Cell;
struct MyStruct {
    data: Cell<i32>
}
let s = MyStruct { data: Cell::new(5) };
s.data.set(6);

• 在不可变引用下进行值的修改：当我们只有不可变引用，但又需要修改引用的值时，可以使用 Cell。这在一些数据结构实现中，比如 Vec 内部可能会用到，用于在不可变视图下修改某些元数据。
• 测试场景：在测试代码中，可能需要在一些不可变环境下修改数据，Cell 可以提供这种灵活性，方便对一些看似不可变的对象进行内部状态的调整以验证不同的行为。